含铁锰矿井废水回用于生活饮用水的应用

吴侠

摘要：本文介紹了含铁锰矿井废水作为生活饮用水的回收利用。采用的工艺是：含铁锰矿井废水经过铁锰预处理+活性炭过滤处理后，采用膜处理达到生活饮用水的标准。

关键词：矿井废水；锰砂过滤；活性炭过滤；膜处理

1 概述

我国是煤炭能源大国，煤炭在开采过程中会产生大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计我国40%的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。

矿井水本身的水质主要受当地水文地质、气候、地理等自然条件的影响。。根据矿井水含污染物的特性，一般可将其划分为：洁净矿井水、含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水、碱性矿井水及含特殊污染物矿井水，如含高氖矿井水，含重金属矿井水及含放射性污染物矿井水等。

2 矿井水的特征及处理工艺

2.1水的特征

不同的矿井水水质有很大差异，其水质与普通地表水和地下水的水质有明显的差异，具有明显的煤炭行业的特征，主要有：

1）、煤矿矿井水的悬浮物含量明显高于地表水，且很不稳定，感官性状差。

2）、悬浮物粒度小、比重轻、沉降速度慢，矿井水中悬浮颗粒直径较小，平均只有2～8um，总悬浮物中约85%以上的粒径在50um以下；煤粉的平均密度一般只有1.3～1.6g/cm3，明显小于地表水中泥砂颗粒物的平均密度1.9～ 2.6g/cm3。

3）、含有机污染物。地表水中一般不含有有机物，而在矿井水中，除了煤粉本身就是有机物以外，水体中还含有少量的废机油、乳化油、腐烂废坑木、井下粪便等有机物。

2.2 矿井废水处理的常规工艺

主要处理技术有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，通常采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。才能达到生活饮用水的标准。

3 矿井水回用处理工程实例

3.1工程概况

江苏徐州境内煤炭资源十分丰富，是全国重要的煤炭产地。目前，规划面积10平方千米的煤化工产业园已被国家发改委纳入全国煤化工产业中长期发展规划，成为全国七大煤化工基地之一。

徐州某矿区，由于长期的采煤，造成大量的矿井水的排放。目前有大量的矿井水经过初步的处理后作为煤炭沉陷区的景观水的主要组成部分。随着生活饮用水的短缺，考虑将部分的矿井水回收利用与生活饮用水的试点工程。

3.2矿井水处理设计水质、水量

进水：水量120吨/天，水质：浑浊度5.3mg/l、铁离子5.6mg/l、锰离子0.72mg/l、溶解性总固体1195mg/l、硫酸盐274mg/l、总硬度570mg/l

出水：水量72吨吨/天，水质：浑浊度1mg/l、铁离子5.6mg/l、锰离子0.72mg/l、溶解性总固体1000mg/l、硫酸盐250mg/l、总硬度450mg/l

3.3回用处理工艺流程

本工程以曝气、除铁锰、过滤为预处理，反渗透装置为后续深度处理，保证系统出水水质满足用水要求，既能只进行除铁锰处理后达到地表水三类标准，又能继续深度处理后达到生活饮用水标准。

3.4设备参数

（1）曝气水箱

设置1台10m3的FRP水箱，用来储存原水并进行曝气。

（2）曝气机

设置一台潜水曝气机，主要由水下曝气机及扩散装置以及相关的管路组成。其除铁锰原理是：水中铁离子通过曝气后二价铁离子迅速被氧化为三价铁并形成悬浮物，锰离子通过曝气后二价锰离子被氧化成二氧化锰，这些悬浮物和二氧化锰可通过后面的过滤器完全去除，达到除铁和锰的目的，还可以去除受污染水中的有机物及其其他杂质。

（3）全自动除铁锰过滤器

设置1台出力为6m3/h的锰砂过滤器用以去除原水中的铁锰离子。矿井水经曝气后，水中铁、锰离子流经锰砂滤层时，在滤层中发生接触氧化反应及滤料表面生物化学作用和物理截留吸附作用，使水中铁、锰离子沉淀去除。

利用锰砂滤料的截留、滤除作用，去除大粒径的杂质颗粒、胶体和悬浮物，具有低成本、操作维护及管理方便等特点。

（4）活性炭过滤器

设置1台出力为6m3/h的活性碳过滤器，主要去除大分子有机物、铁氧化物、余氯、色度、除嗅。

（5）RO保安过滤器

RO保安过滤器的作用是截留大于5μm的颗粒进入反渗透系统。设计1台立式保安过滤器，直径为200mm，内含5支滤芯，流量为5m3/h，

（6）阻垢剂加药装置

流程：阻垢剂溶液箱→计量泵→反渗透进水管

根据水源的特点，选用适合的阻垢药剂，也是一种阻垢分散型药剂，它有如下作用：

1）它无毒、无异物脱落，化学性能稳定，可以进行化学清洗。

2）因原水在反渗透浓水侧浓缩后，朗格利尔（LSI）指数由0提高到2.2，控制钙、镁硬度在此范围内不会在膜内沉积结垢。

3）阻垢剂的加药点在一级反渗透的进水保安过滤器处，用于阻止一级反渗透设备的结垢。

（7）高压泵

高压泵为反渗透膜组提供足够的进水压力，维持反渗透膜的正常运行。泵进进口设置高低压力开关，用以压力高底报警及停泵。设慢开电动阀，具有慢开特性，以防膜组件受高压水的冲击。

4 经济分析

该项目总投资为20万元，吨水投资成本为4万元/m3。运行费用约1.0元/吨。

水处理设备按一天运行20h计算，每年可处理回用的矿井水量为3×7300h=21900 m3 / a，自来水按照3元/吨计算可以节省65700元/年水费。处理矿井水处理费用3.65万元，可节省费用2.92万元/年。

经过多个月的运行，整个系统运行稳定，产水水质好，技术上是成熟和可行的。运行成本低，经济效益好，可以节省自来水的费用，而且产水可以直接饮用。

5 结语

采用膜处理技术可将矿井废水处理后作为和生活饮用水或直饮水，不仅解决了矿区缺水问题，而且充分利用了矿井废水资源，节省了地下水用量，因而具有广泛的应用前景和现实意义。矿井水的回收利用不仅开辟了第二水源，降低了矿区新鲜水取用量，同时减少了矿井废水的排放量，也减少了治理环境污染的投资。所以矿井水的回用既节约了水资源也消除了环境污染具有多重效益。

矿井废水的回用实现污水资源化，是目前煤矿解决水资源紧缺的最有效的途径、是缺水企业势在必行的重大决策，可行性很强，具有重大意义和多重效益。

（作者单位：江苏永冠给排水设备有限公司）